اینده سازان

فضا انباشته از شگفتی‌هاست، اگر از سوالاتی که درباره ستاره‌ها پاسخ داده‌ایم بگیریم تا سوالاتی راجع به سیاره‌ها و قمرهای منظومه شمسی، هنوز چیزهای زیادی باقی مانده تا ما بوسیله تلسکوپ‌هایمان کشف کنیم. اما رازهایی هستند که بر مقیاس عظیم‌تری قرار دارند، رازهایی که به معنای واقعی کلمه عظیم هستند!

 ۱۰- زادگاه خورشید

ستارگانی مانند خورشید ما همراه با ستارگانی مشابه خودشان در خوشه‌ها متولد می‌شوند. این خویشاوندان ستاره‌ای از ابرهای گازی یکسانی بوجود آماده‌اند بنابراین ترکیبات شیمیایی یکسانی دارند. ما ۱۰۰.۰۰۰ستاره را در محدوده‌ی ۳۲۵ سال نوری از زمین مورد بررسی قرار داده‌ایم اما تنها دو ستاره تطابق نزدیکی با خورشید داشته‌اند. خورشید ما تنهاست، و این به این معنی است که در حدود چهار و نیم میلیارد سال قبل از خوشه‌ای که در آن بوجود آمده بیرون انداخته شده است.

یک گزینه‌ی خوب که گمان می‌رود می‌تواند زادگاه خورشید باشد « مسیه ۶۷ » است، خوشه‌ی ستاره‌ای در صورت فلکی سرطان که در فاصله ۲۹۰۰ سال نوری از زمین قرار دارد. ستاره‌های این خوشه از جهت سن، دما و ترکیبات شیمیایی مشابه خورشید ما هستند اما در سال ۲۰۱۲ اخترفیزیکدانان دانشگاه ملی میکزیک دریافتند که این خوشه‌ی ستاره‌ای عملا زاد و ولد نمی‌کند.

خورشید برای بیرون انداخته شدن از خوشه‌ی ستاره‌ای اش نیاز به همکاری چند ستاره داشته است که غیر محتمل به نظر می‌آید، همچنین سرعتش برای بیرون افتادن از صفحه‌ی سیاره‌ای کافی نبوده است و بنابراین سیاره زمین شکل گرفته است. همچنین حرکت عمودی خوشه‌ی « مسیه ۶۷ » در صفحه‌ی کهکشانی ۵ بار بزرگتر از محور حرکت خورشید در این صفحه است در صورتی که اگر بخواهیم آنها را زادگاه و متولد شده معرفی کنیم این محور باید یکی باشد.

یک فرضیه محتمل اینست که خوشه‌ای که خورشید از آن آمده دیگر وجود ندارد و تمام هم زادگاهی‌هایش از هم جدا شده و در فضا پخش شده‌اند یا فرضیه‌ای دیگرکه می‌گوید خورشید از جایی نزدیک مرکز کهکشان می‌آید؛ جایی که تعداد زیادی ستاره مانند خورشید در آن وجود دارد.

بهترین شانس برای یافتن پاسخ این پرسش‌ها سفینه فضایی اروپایی جایا است که در سال ۲۰۱۳ به فضا پرتاب شد. ماموریت این سفینه فضایی نقشه برداری از ترکیبات شیمیایی یک میلیارد ستاره است و زمانی که در سال ۲۰۱۸ به پایان برسد اطلاعات بی‌نظیری از سیر تکاملی کهکشان به ما خواهد داد.

۹- امواج ستاره‌ای

اکتشافات نجومی تنها به نگاه کردن از درون تلسکوپ و دیدن اینکه چه چیزی آنجاست خلاصه نمی‌شود. گاهی اوقات یک رصدخانه حجم عظیمی از اطلاعات را درباره یک قسمت از آسمان تولید می‌کند و دانشمندان سالها وقتشان را صرف مطالعه آنها و نتیجه‌گیری کردن از آنها می‌کنند. نقشه‌برداری آسمانی دیجیتال اسلون چنین پروژه‌ای است. در طول یه دهه از تلسکوپی در نیومکزیکو برای رصد کردن ۹۳۰.۰۰۰ کهکشان، ۱۲۰.۰۰۰ کوازار (اختروش) و نزدیک به نیم میلیون ستاره در کهکشان راه شیری استفاده شده است.

تیمی از منجمان اطلاعاتی درباره توزیع عمودی ستارگان بدست آوردند. آنها الگویی را در ۳۰۰.۰۰۰ ستاره پیدا کردند که از خود موج صوتی یکسانی ساتع میکنند. آنها عنوان «زلزله شناسی کهکشانی» را برای تحقیقات خود انتخاب کرده و عللی را در آن معرفی کردند که آن علل باعث میشوند کهکشان مانند یک زنگ صدا از خود تولید کند.

محتمل ترین توضیح این است که چیزی با کهکشان ما در حدود ۱۰۰ میلیون سال پیش تصادف کرده و از درون آن رد شده است. محققان نتوانسته‌اند ماهیت آن چیز را دقیقا مشخص کنند، ممکن است یک کهکشان کوتوله بوده باشد یا ماده سیاه. ممکن است عوامل متعددی در این اتفاق دست داشته باشند و حتی ممکن است این اتفاق چیزی در حال پیشرفت باشد.

یکبار دیگر دانشمندان امیدوارند اطلاعاتی درباره یک میلیارد ستاره که جایا قرار است بدست بیاورد به این پرسش ها پاسخ بدهد. آنها همچنین فکر می‌کنند ممکن است الگویی پربار از ساختار صوتی در پهنه ی کشکشان پنهان شده باشد که پیدا کردن آن دریچه ای جدید به تاریخ عالم را برای ما باز میکند.

۸- ابر‌های پرشتاب

ابرهای پرشتاب در سال ۱۹۶۳ کشف شدند. این مجموعه‌ی گازهای میان ستاره‌ای با سرعت‌های متفاوت در جهت‌های مختلف در طول محور دوران کهکشان راه شیری با حدود سرعت ۵۰ کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کنند. آنها عموما از هیدروژن تشکیل شده و تصور می‌شود از فضای میان کهکشانی به درون کهکشان ما سقوط کرده باشند، اگرچه جایی که این ابرها از آن می‌آیند پرسشی است که باید به آن پاسخ گفت.

جان اوورت، کاشف ابرها اظهار می‌کند که این ابرها باقیمانده روند شکل‌گیری کهکشان‌ها هستند. فرضیه دیگر این است که گازهای بیرون رانده شده از کهکشان راه شیری اکنون به عنوان عملکرد کهکشانی به آن برمی‌گردند که اگر این فضیه درست باشد، این ابرها باید به سختی از موادی که سر راهش است تشخیص داده می‌شد.

گازها از ممکن است از اجسامی که حول کهشکان ما می‌گردند به ما برسند. به طور مثال کهکشان «کاپلکس اِچ» که تصور می‌شود در مداری به دور کهکشان راه شیری چرخش می‌کند، با چرخش در این محور گازهایی را به کهکشان ما پس می‌زند.

یک ابر پرشتاب به نام اسمیت هم اکنون با سرعت ۷۳ کیلومتر بر ثانیه به طرف صفحه کهکشان راه شیری در حرکت است و ۲۷ میلیون سال دیگر با کهشکان ما برخورد و با آن ادغام خواهد شد. مسیر این ابر نشان می‌دهد که در ۷۰ میلیون سال پیش از کهکشان راه شیری عبور کرده است. این عبور باید ابر را از هم جدا می‌کرد اما دانشمندان باور دارند که هاله‌ای از ماده تاریک این ابرها را کنار هم نگه داشته است.

۷- ابرهای ماژلانی

ابرهای ماژلانی همدم‌های کهکشانی راه شیری هستند که در طول سفر دریایی دور دنیا فردیناند ماژلان در قرن ۱۶ میلادی کشف شدند. ابر بزرگ ماژلانی ۱۴۰۰۰ سال نوری پهنا و ۱۶۰.۰۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارد. ابر کوچک ماژلانی نصف همدم خود قطر دارد اما ۳۰.۰۰۰ سال نوری دورتر از آن نسبت به ما قرار دارد. برای فهم دقیقتر این مقیاس باید گفت که راه شیری ۱۴۰.۰۰۰ سال نوری پهنا دارد. این ابرها ۱۳ میلیارد سال سن دارند و قبلا تصور می‌شد در مداری حول راه شیری گردش می‌کنند اگرچه تلسکوپ فضایی هابل نشان داد که این ابرها دوبرابر سریعتر از میزانی که ما تصور می‌کردیم در حال حرکت هستند. اگر این تصورات درست باشند، کهکشان راه شیری آنقدر پرجرم نیست که بتواند آنها را در یک مدار نگه دارد. فهم این موضوع که آیا آنها در مداری در حال حرکت هستند یا نه اکنون تبدیل به یک راز شده است. اگر چنین باشد پس کهکشان راه شیری دوبرابر پرجرمتر از آن چیزی است ما تاکنون تصور می‌کرده‌ایم.

اینکه آیا این کهکشان‌ها در حال گردش هستند یا گذر از کنار ما همچنان یک راز پابرجاست. اخیرا داشنمندان به سوالی که در طول چهار دهه بدون پاسخ مانده بود جواب داده‌اند. تصور می‌شود که این جریان ماژلانی از نواری از گازها تشکیل شده که حول راه شیری گسترده شده است آنها همچنین دریافته‌اند که مقدار زیادی از آن از ابر کوچکتری می‌آید که مقادیر هیدروژن و سولفور آن برابر با مقادیر موجود در ابر بزرگ است.

در سال ۲۰۰۷ تلسکوپ پارکس در استرالیا حین مطالعه این ابرها انفجاری از امواج رادیویی را ثبت کرد. قدرت پشت این انفجار حاکی از اتفاقی بزرگ است، چیزی مانند برخورد ستار‌ه‌های نوترونی یا مرگ یک سیاهچاله. این امواج از فاصله‌ای دورتر از ابرها آمده بودند اما منشاء آنها همچنان یک معماست.

۶- کهکشان X

توطئه‌آمیزترین فرضیه امکان وجود سیاره‌ی X است که می‌گوید سیاره‌ای به اندازه سیاره مشتری وجود دارد که در مداری نامنظم به دور خورشید می‌چرخد و این سیاره به طور مخفیانه توسط ناسا ردیابی شده است. باوجود مشکلات زیادی که بر سر راه اثبات این فرضیه وجود دارد، امکان دارد کهکشان ایکس واقعا وجود داشته باشد. این کهکشان یک کهکشان کوتوله است و مقابل کهکشان راه شیری قرار گرفته اما به دلیل گاز و غباری که بین‌شان وجود دارد ما قادر به دیدن آن نیستیم و احتمال می‌رود که ۸۵ درصد این کهکشان از ماده تاریک تشکیل شده باشد.

سوکانیا چاکرابارتی منجم برکلی این اکتشاف را رهبری می‌کند. او روشی را ابداع کرده است که با آن می‌شود با استفاده از ریزموج‌های تولید شده از توزیع هیدروژن در کهکشان‌های ماریپیچی، کهکشان‌های تاریک را پیدا کرد. هیدروژن از مرکز کهکشان ۵ برابر دورتر پخش می‌شد اما در مناطقی که از ستاره انباشته شده‌اند اینطور نیست، بنابراین گردش کهکشان‌ها در یک محور ریزموج‌هایی را در گاز بوجود می‌آورد. چاکرابارتی پیش‌بینی می‌کند که جرم کهکشان ایکس می‌تواند یک صدم جرم کهشکان راه شیری باشد. این روش برای پیدا کردن کهکشان‌های پنهان بر روی سایر کهکشان‌ها امتحان شده است و دیده شده که حتی برای اجرامی با جرم یک دهم جرم ذکر شده هم جواب می‌دهد.

۵- پرونده‌ی لیتیوم

موضوع لیتیوم یکی از موضوع‌های بحث در کیهان‌شناسی است که مدت زیادیست ادامه دارد. لیتیوم بعد از هیدروژن و هلیوم سومین عنصر سبک در عالم است و طرح‌هایی از انفجار بزرگ به ما می‌گویند که ما باید انتظار کشف چه مقادیری از این عناصر را در عالم داشته باشیم. این طرح‌ها برای هر عنصری درست پیشگویی می‌کنندجز لیتیوم!

در پیرترین ستاره‌های کهکشان راه شیری مقدار یک سی‌ام پیش‌بینی شده از ایزوتوپ لیتیوم ۷ و مقدار ۱۰۰۰ بار بیشتر از لیتیوم ۶ پیدا شد. هیچ توضیحی برای این ناهمخوانی وجود ندارد و توضیحات موجود نیز سایر عناصر را نادیده می‌گیرند. اما موضوع حتی سخت‌تر نیز شد. یک مقاله در حوزه اخترفیزیک در سال ۲۰۰۸ با عنوان: «مشکل لیتیوم بدتر می‌شود» منتشر شد که در آن افکار و احساسات کیهان‌شناسان را درباره این مشکل بازتاب می‌کرد.

تحقیقات که نشان می‌داد کهکشان اولیه از میکروکوازارها انباشته شده بوده مشکلی به مشکلات موجود اضافه کرد. این سیاهچاله‌های کوچک فوران‌هایی از پلاسمای بسیار داغ با انرژی کافی تولید می‌کنند که باعث تبدیل هیدروژن به هلیوم می‌شود. در سال ۲۰۱۲ گروهی از محققان سوئدی و آلمانی محاسبه کردند که اگر یک درصد میکروکوازارهای راه شیری لیتیوم ۷ تولید کنند، این مقدار مشابه مقدار لیتیومی است که باید از انفجار بزرگ تولید شده باشد. به طور خلاصه، مسئله میکروکوازارها مشکل پرونده ی لیتیوم را دوبرابر بزرگتر می‌کند.

یک فرضیه‌ی اخیر بر وجود اکزیون‌ها تکیه میزند، یک ذره‌ی موجود در ماده تاریک که به صورت تئوری معرفی شده است. پیش‌بینی‌ها برای میزان لیتیوم ۷ به نتیجه‌ی محاسبات درباره مقدار نور موجود در عالم نوپا بستگی دارد و این نظر از پیشینه‌ی ریزموج های کیهانی بدست آمده که بعد از ۳۸۰.۰۰۰ سال آشکار شدند. اکزیون‌ها ممکن است در آن زمان فوتون‌ها را سرد کرده باشند و این باعث شده تا ما مقدار نور را دست کم بگیریم و مقدار لیتیوم ۷ را زیادتر برآورد کنیم.

این نظریات خیلی از جواب اصلی دور هستند همچنان که خبر از وجود دو برابر مقدار نوترون‌هایی می‌دهد که ما در حال حاضر تخمین زده‌ایم. مهم‌تر از همه اینکه اکزیون‌ها گزینه‌ی اول ما برای توضیح دادن ماده‌ی تاریک نیستند، همچنان‌که ممکن است اصلا وجود نداشته باشند.

۴- پیچ و تاب کیهانی

در بسیاری از کهکشان‌ها، غبار و گاز میان ستاره‌ای در لایه‌ای رقیق متمرکز شده است و کهکشان ما نیز از این قاعده مستثنی نیست. رقیق در اینجا لغتی نسبی است چرا که این صفحه در نازک‌ترین حالتش ۲۴۰ سال نوری ضخامت دارد اما همچنان کسر کوچکی از پنهای کهکشان به حساب می‌آید. به نظر می‌رسد که ما در اعماق این لایه جا گرفته باشیم، جایی که تقریبا همه‌ی آن از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است.

تعدادی از این صفحه‌ها صاف و تعدادی خمیده یا منحنی هستند، این پدیده به عنوان پیچ و تاب کیهانی شناخته شده است. بعضی شکل علامت انتگرال در حساب دیفرانسیل به نظر می‌رسند و بعضی به شکل یک S کشیده شده. بعضی به شکل U هستند و بعضی هیچ تقارنی در شمایلشان پیدا نمی‌شود. عوامل زیادی برای این شکل‌گیری وجود دارد، در حقیقت به نظر می‌رسد روندی ادامه‌دار وجود داشته باشد و اگر کهکشان‌ها به این صورت بوجود آمده باشند پس این پیچ و تاب‌ها باید زمانی به صورت مسطح در بیایند.

در کهکشان راه شیری، این صفحه نسبت به صفحه‌ی کهکشان صاف است به طوری که قبل از اینکه به صورت حلقه در بیاید و یک موج را بوجود بیاورد به سمت شمال خمیده می‌شود و همچنین در جهت مخالف به سمت جنوب می‌خمد.

دانشمندان در یو اس برکلی دریافتند که این پیچ و تاب را میتوان به صورت ترکیبی از یک لرزش در صفحه توصیف کرد. اولی به لبه‌ها آویخته شده که با یک موج سیسنوسی و یک نوسان زین شکل ترکیب شده است.

یک توضیح محتمل این است که اینها بر اثر گذر ابرهای ماژلانی از درون هاله‌ای از ماده ی تاریک در اطراف راه شیری بوجود آمده است. اثرات متقابل ابر‌ها قبلا کاسته شده زیرا قبلا تصور می‌شد آنها جرم کافی برای به وجود آوردن این پیچ و تاب‌ها را ندارند. محققان معتقدند که همانطور که ابرها از درون هاله عبور می‌کنند لرزشی در هاله بوجود می‌آید که باعث پیچ خوردن صفحه می‌شود.

۳- گروه‌های پراکنده میان ستاره‌ای

طیف‌بینی از زمان کشفش تاکنون تکنیک ویژه‌ای در نجوم به حساب آمده است و با استفاده از آن میتوان روی طول موج امواج رایویی ساتع شده از اجرام تحقیق کرد و فهمید که آن‌ها از چه تشکیل شده‌اند. هر اتم یا مولکول یک طول موج خاص را جذب می‌کند و با آزمایش کردن بر روی امواج که به ما می‌رسند میتوانیم دریابیم که این موج از درون چه موادی عبور کرده است.

در سال ۱۹۲۲ منجمی به نام مری لی هگر گروه جدیدی را کشف کرد، دانشمندان نتیجه گرفتند که این گروه از چیزی در فضای میان ستاره‌ای بوجود آمده است اما معلوم نیست آن چیز چیست. تاکنون صد گروه در طیف اشعه‌های فروسرخ، فرابنفش و طیف نور مرئی کشف شده‌اند، علت تشکیل این گروه‌های میان ستاره‌ای تبدیل به مشکل طیف سنجی کلاسیک قرن بیست‌ام شده است. کتاب‌ها پر شده بودند از افکاری حول تمام حالت‌های محتمل ماده. موکول‌های بزرگ مبتنی بر کربن مهمترین احتمال بودند، این مولکول‌ها ده درصد تمام کربن‌های کهکشان را تشکیل می‌دهند.

در سال ۲۰۱۱ گروه‌های منتشر شده‌ی میان ستاره‌ای برای اولین بار در جهت هسته‌ی کهکشان راه شیری کشف شدند، این یک نتیجه‌گیری به دنبال داشت: ظاهرا مولکول‌ها می‌توانند در برابر محیط ناملایم مرکز کهکشان تاب بیاورند. همچنین گروه‌های بیشتر دیگری نیز در نور فروسرخ کشف شدند.

ستاره‌شناس توماس گبال معتقد است مشاهده‌های بیشتر جامعه‌ی علمی را به کشف پاسخ نزدیک‌تر خواهد کرد، این مولکول‌ها ممکن است شواهدی درمورد مبدا بوجود آمدن زندگی به دست ما بدهند همانطور که گروه‌ها به شکل‌گیری کره زمین کمک کردند.

۲- ستاره‌های پرسرعت

ستاره‌ها با سرعتی مانند خورشید ما به دور مرکز کهکشان گردش می‌کنند، چیزی در حدود ۲۳۰ کیلومتر در ثانیه. تقریبا از هر یک میلیارد ستاره یک دانه با سرعتی سه برابر این سرعت حرکت می‌کند. اخترفیزیکدانان مرکز ایمیتسونین هاروارد در سال ۲۰۰۵ اولین ستاره‌ی پر سرعت را کشف کردند اما ما تاکنون ده‌ها ستاره از این گونه را یافته‌ایم.

ویژگی جالب این ستاره‌ها این است که آنقدر پرسرعت هستند که روی هم رفته می‌توانند از مدار کهکشان فرار کنند و رازآلود بودن ماجرا اینست که منشاء این سرعت بالا چیست.

یکی از سریع‌ترین ستاره ها که تاکنون کشف شده به نام  HE 0437-5439پیشینه‌ای جالب توجه دارد، فرضیه‌ی حاکم بر آن اینست که یک مجموعه‌ی سه ستاره‌ای از مرکز کهکشان عبور کرده و سیاهچاله‌ی مرکز کهکشان یکی از ستاره‌ها را بلعیده و دو ستاره‌ی دیگر به بیرون پرتاب شده‌اند که بعدا این دو ستاره یا هم ادغام شده و یک ستاره‌ی غول پیکر آبی بوجود آمده که در هر ساعت ۲.۵ میلیون کیلومتر را طی می‌کند.

نزدیکترین ستاره‌ی سریع به زمین به نام LAMOST- HVS1  نیز به نظر می‌رسد بوسیله‌ی سیاهچاله‌ی مرکزی به بیرون پرتاب شده باشد. یا می‌تواند از جایی درون صفحه‌ی کهکشان آمده باشد که نشان می‌دهد یک سیاهچاله با وزن متوسط در کهکشان وجود دارد. اینگونه سیاهچاله‌ها چیزی بین سیاهچاله‌های فوق پرجرم و سیاهچاله‌های موجود در فضای میان ستاره‌ای است. گونه‌ای که تنها یک مورد از آن تاکنون رصد شده و در کهکشان ما نیز واقع نشده است.

۱- WILLMAN 1

در سال ۲۰۰۴، گروهی از منجمان دانشگاه نیویورک زمانی که داشتند اطلاعات بدست آمده از نقشه‌برداری آسمانی دیجیتال اسلون را آزمایش می‌کردند موردی غیرطبیعی پیدا کردند. آنها در حال پیدا کردن کهکشان‌های کم‌نور همسایه‌ی راه شیری بودند که گروهی از ستاره‌ها را یافتند، این گروه از ستاره‌ها جزء هیچکدام از دسته‌بندی‌هایی که تاکنون می‌شناختیم نبودند.

نام آن SDSSJ1049+5103  یه بصورت خلاصه WILLMAN1 است. این گروه هر ۱۲۰.۰۰۰ سال به دور مرکز کهکشان می‌چرخند. ممکن است یک کهکشان کوتوله باشد یا یک خوشه‌ی کروی اما با هردو فرضیه مشکلاتی همراه است. یک خوشه‌ی کروی باید چیزی حدود صدها هزار ستاره درون خود داشته باشد اما ویلمن ۱ تعدادی کمتر از هزار ستاره درون خود دارد. یک فیزیکدان معتقد است ویلمن ۱ می‌تواند یک خوشه از یک کهکشان دیگر باشد که به کهکشان ما چسبیده مانند یک کرم ریز که به یک کک چسبیده و همانطورکه آن کک به یک سگ خودش را چسبانده و با تکان‌های آن تکان می‌‌خورد. اما اگر به جای یک خوشه با یک کهکشان طرف باشیم این خود مشکلات دیگری به همراه دارد. محاسبات کامپیوتری نشان می‌دهد از زمان پیدایش کهکشان راه شیری باید صدها کهکشان کوچک اطراف آن وجود داشته باشد اما تنها ۲۰ عدد از آنها کشف شده‌اند. یک توضیح برای این مشکل این است که نور تعداد ستاره‌هایی کمتر از ده میلیون در یک کهکشان آنقدر زیاد نیست که باعث شود ما آن را بتوانیم ببینیم.

مشاهده‌های بیشتر از ویلمن ۱ نشان داد که جرم آن کمتر از ده میلیون ستاره است یعنی چیزی کمتر از حدود ذکر شده در بالا. این احتمال وجود دارد که مقادیری ناشناخته از ماده‌ی تاریک در ویلمن ۱ وجود داشته باشد یا مقداری از جرم آن جدا شده باشد. در هر صورت ویلمن ۱ انبوهی از ستارگان است که به جای پیدا کردن جواب‌ها سوالات بیشتری را برای ما بوجود می‌آورد.